煤礦電氣設備和供電系統保護探討

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摘要：作為煤礦井下生產過程中的關鍵影響因素，電氣設備及供電系統的安全運行至關重要，其直接決定著煤礦企業的經濟效益。對煤礦電氣設備與供電系統保護的意義及常見的相關保護類型進行了詳細論述，并具體分析了實現漏電保護功能的裝置及保護措施，對煤礦開采中電氣設備與供電系統保護作業的開展有一定的參考意義。

關鍵詞：電氣設備；供電系統；保護功能

隨著煤炭需求量的不斷增大，各類煤礦企業發展的規模越來越大。煤礦企業在經濟效益不斷提高的同時，也不能忽視其生產過程中的安全，其中煤礦電氣設備與供電系統的安全至關重要。因此，為了實現煤礦電氣設備與供電系統的安全運行，相關企業必須從多個角度出發消除安全隱患，保障煤礦電氣設備及供電系統的安全穩定運行。

1煤礦電氣設備與供電系統保護的意義

1.1減少火災發生

火災對礦采過程的影響不可忽視。實際作業中，火災的誘發因素眾多，但電氣設備故障是導致火災的直接因素，設備短路、設備運行溫度過高及電流驟增等，都能引發火災[1]。正因為如此，技術人員應定期對煤礦電氣設備及供電系統的運行狀況進行監測，在火災發生之前排除安全隱患，對某些不可控的因素加以預防，在保障人員安全的前提下提高企業的經濟利益。

1.2降低漏電情況的發生概率

漏電在煤礦生產過程中也比較常見，其誘發因素主要有：a)設備所處環境在地下，濕度較大，容易使電路發生腐蝕老化等變化進而導致漏電，不利于設備運行；b)開采過程中一些煤塊及壁上的巖石會發生掉落，有時會砸到電纜，對電纜造成破壞進而導致漏電。面對此類問題，相關技術人員應在安裝供電系統及電氣設備時，將漏電檢測系統作為輔助系統進行安裝，對低壓電纜的電路狀況進行實時監測，消除安全隱患，降低漏電概率。

1.3減少過流情況的發生

煤礦生產這類大型工程中用到的電氣設備工作功率都較大，長期不間斷作業極易出現設備電流大于額定電流的情況。若此差值過大，井下作業就會極其危險，除了影響設備的使用之外，還可能引發火災，導致安全事故的發生。因此，相關技術人員應合理安排設備的運行，嚴格控制電流狀態，并做好一定的突發情況處理預案，以實現安全生產。

2井下常見的保護類型

煤礦開采的作業環境較為惡劣，因此應在不同的條件下選用不同的電氣設備。通常在瓦斯濃度、粉塵濃度較低的條件下，選取一般型的電氣設備，其能有效地對安全事故進行預防。針對有爆炸隱患的工作環境，電氣設備以隔爆型為主。一般電氣設備主要包括高壓電氣設備和低壓電氣設備兩大類，其負載量可分為一類負載和二類負載。在高壓運行期間，為實現供電系統的安全運行，務必保證其處于高電壓和高電流狀態。如圖1所示，目前井下電氣設備及供電系統的保護主要分為以下三類：漏電保護、過流保護及接地保護[2]。

2.1漏電保護

如果供電網絡絕緣裝置的電阻過低，無法達到規定的安全電阻，那么當電流通過人體時就會產生危險。電阻過低除了會引發設備短路之外，還有可能發生漏電現象，對工作人員生命安全造成嚴重威脅。因此，通常在煤礦供電系統中加裝漏電保護裝置，通過對系統進行漏電保護和絕緣實時監測，實現供電過程的安全運行。根據功能的不同，漏電保護可分為有選擇性和無選擇性兩類。選擇性漏電保護指電網饋出線發生漏電故障時，能正確選出并切斷發生故障饋出線的保護功能。一旦遇到漏電事故，一次側所有電流相加為零，二次側不會產生電流輸出；若遇到電流事故，則一次側電流相加不為零，同時二次側會存在一定的電流輸出。選擇性漏電保護裝置對分路開關及狀態有一定的要求，能根據需求選擇用電范圍，可很快找到故障發生的位置及原因，在煤礦電氣設備中很常見。無選擇性漏電保護采用的是附加直流電源的保護原理，通常是在對地的絕緣監測電路中加上1個直流電路，除了能監視電流之外，還能將電流狀況通過信號傳輸回顯示設備，有效實現了對絕緣電阻的監測。實際生產過程中，該系統需與低壓自動饋電總開關配合使用。這種裝置相比于選擇性漏電保護裝置來說結構簡單、易于控制，但也存在一定的缺陷，即無法進行故障位置的確定及原因分析，目前應用面較小。

2.2過流保護

煤礦生產過程中發生火災的主要原因之一就是供電系統產生的過電流太大，該故障一般由電路短路、過載等引起，因此應做好過電流保護工作。根據其誘發因素，分兩方面進行預防，即過載保護和短路保護。過載就是負荷過大，超過了設備本身的額定負載，產生的現象是電流過大、用電設備發熱，線路長期過載會降低線路絕緣水平，甚至燒毀設備或線路。電氣設備運行過程中過載的原因諸多，比如負載量增加、電網電壓過低等。井下電氣設備一般處于長期不間斷工作狀態，因此會產生大量的熱量，加速設備的老化與損壞[3]。過載保護主要需從過載電流上著手，若電流值的設定不合理則達不到相應效果，若設定的電流值小于短路保護電流值，則過載保護不會立即發生，需經歷一定的延時過程，過載保護效果一般。通常采用時間繼電器進行延時過程的相關控制。過載保護時，技術人員會專門對時間繼電器進行控制，切斷電源，實現對裝置的保護，保障人員作業安全，起到對事故的預防作用[4]。短路的原因通常為設備絕緣部分受到破壞、接線錯誤或負載錯誤等。短路后會產生電流驟增的現象，電流甚至會達到正常電流的幾倍至幾十倍。過流現象的產生極有可能導致整個供電系統癱瘓，引發安全事故，因此，短路保護器件越靠近供電電源端越好，通常安裝在電源開關的下面，這樣不僅可以擴大短路保護的范圍，也可以快速切斷電源。

2.3接地保護

一般來說，電氣設備外殼由金屬材料制成，本身并不帶電，但如果設備本身的絕緣裝置失去作用，就極易發生觸電、漏電事故。根據中國規定的標準，在一般情況下，人體觸電的極限安全電流為30mA。在進行接地保護時，一定要嚴格控制，使通過人體的電流處于安全范圍，其主要通過調整接地電阻來實現。

3實現漏電保護的裝置

目前，井下電氣設備隨著煤礦開采的發展不斷地得到改進與優化。漏電保護裝置也多種多樣，根據其工作原理的差異可分為補償電流型、電流方向型和功率方向型等[5]。目前最為常見的漏電保護裝置結構如圖2所示。

3.1電氣漏電保護裝置

漏電保護裝置最關鍵的作用就是對供電系統運行狀態進行實時監測以及對電路出現的突發狀況做出及時處理，根據具體情況切斷電源，進而對電氣設備進行保護。正常情況下，熔斷器、繼電器或接觸器等均可以用于電氣漏電保護，但考慮到井下作業的實際狀況，為防止切斷電源所導致的大規模斷電嚴重威脅作業安全，排除靈敏性較差的熔斷器，其他兩類設備均可用于漏電保護。

3.2現場信號輸入裝置

現場信號輸入裝置的主要作用是將電路中采集到的所有信息進行處理后發送給漏電保護裝置。其決定著漏電保護裝置能否收集到最有效的信息并進行問題判斷及處理。

3.3測量裝置

測量裝置的作用是對現場信號輸入裝置處理完成的信號進行初步分析，與系統預設結果進行對比，隨后將分析結果發送至邏輯判斷裝置。

3.4煤礦保護裝置

煤礦保護裝置主要是通過PLC（ProgrammableLgicoControler，可編程邏輯控制器）技術，對接收的信號進行系統分析，來判斷設備的開關狀態，防止設備故障引發安全事故。

3.5邏輯判斷裝置

邏輯判斷裝置在收到測量裝置所傳輸的信號之后，根據判斷算法，對所有信息進行整合匯總，做出處理判斷。因此，邏輯判斷的準確性也是實現電氣設備及供電系統保護的關鍵。

3.6執行裝置

執行裝置接收邏輯判斷裝置發出的指令并進行操作，進而有效實現漏電保護功能。并且執行裝置不會無故執行指令，只有在檢測到系統故障的情況下才會執行[6]。

4保護措施

4.1定期檢修供電系統

供電系統在長期不間斷作業過程中會受到各種各樣因素的影響，導致各種故障的出現。若不及時對故障進行檢查處理，則會對設備后期運行產生較大的影響，甚至引發安全事故，難以保障企業及人員的安全。因此，相關技術人員應做好定期的檢修與維護，若過程中發現故障或隱患，技術人員應及時進行處理并查明誘發因素，做好預防工作。此外，技術人員還應定期參與培訓及交流，以提高應對故障的專業處理能力與操作能力，更好地開展相關維修作業。

4.2盡力實現供電自動化

中國科技的不斷進步，使煤礦開采的自動化和智能化水平越來越高。將自動化控制引入供電系統，可對井下電氣設備進行安全穩定的供電，保障其運行正常。但是需要特別注意的是，只有電氣設備與供電系統的技術人員具有完善的知識框架和操作經驗，并具備系統的分析能力，才能更好地應用自動化供電系統[7]。

4.3加強觸電保護

煤礦生產這類大型工程中用到的電氣設備功率都較大，因此極有可能發生觸電事故，嚴重威脅著工作人員的生命安全。因此，企業應更加重視對觸電事故的預防與處理，在事故發生之后第一時間進行處理與補救，并對整個供電系統進行定期檢修與維護，保證供電期間電路電壓一直處于穩定狀態以及絕緣保護裝置良好等，消除安全隱患，達到預防觸電事故的目的。若漏電情況已經發生，就要及時進行處理，排除一切不利因素，以防止二次事故的發生。

5結語

煤礦生產中電氣設備與供電系統的運行狀態對作業過程安全及企業經濟利益有著直接的影響。實際生產過程中影響電氣設備與供電系統安全的因素諸多，因此相關技術人員除了需具備完善的專業知識體系及豐富的操作經驗之外，還應提高自身的安全防范意識，嚴格執行與監督設備維護與管理工作，確保電氣設備和供電系統都處于一個穩定的運行狀態，進而保障人員的生命安全和企業的經濟利益。

作者：王全明 單位：晉能控股煤業集團同發東周窯煤業有限公司